高校化学でイオン半径や電子配置を理解することは重要です。特に、異なるイオンの半径を比較する際の理論的背景や、正しい答えを導くためのポイントについて詳しく説明します。このページでは、問題を解くための正しい考え方を示し、解答を得るための根拠を説明します。
イオン半径と電子配置の基本
イオン半径は、イオンが持つ電荷に基づいて定義されます。イオンの半径は、原子が電子を失ったり、得たりすることで変化します。例えば、酸素イオン（O²⁻）とナトリウムイオン（Na⁺）を比較すると、同じ電子配置でも、酸素イオンの方がイオン半径が大きくなります。なぜなら、酸素イオンはより多くの負電荷を持つため、引き寄せる力が弱まり、イオンが膨らむからです。
イオンの電子配置を考慮することは、イオン半径を比較する際に不可欠です。特に、イオンの構造や核の正電荷が半径に与える影響を理解することが大切です。
問題の解法：酸素イオンとナトリウムイオン
問題①では、酸素イオン（O²⁻）とナトリウムイオン（Na⁺）を比較します。この場合、正しい解答は「原子核中の正電荷が小さいイオン」の方がイオン半径が大きいです。理由は、酸素イオンはより多くの電子を持ち、原子核の正電荷が比較的小さいため、電子が広がりやすくなるためです。
一方、ナトリウムイオンは電子を1つ失うことによって電子配置が変更され、酸素イオンに比べて原子核の引力が強くなり、イオン半径が小さくなります。
問題の解法：ナトリウムイオンとカリウムイオン
問題②では、ナトリウムイオン（Na⁺）とカリウムイオン（K⁺）を比較します。正しい解答は「同じ族では、原子番号が大きいほど、イオン半径が大きいため」というものです。これは、同じ族の元素であれば、周期表で下に行くほど電子の配置が外側に広がり、イオン半径が大きくなるためです。
具体的には、ナトリウムは3番目の周期にあり、カリウムは4番目の周期に位置します。カリウムはナトリウムよりも1つ外側の電子殻を持ち、そのためカリウムイオンの方がイオン半径が大きくなります。
解答の正当性と誤解について
質問者が挙げた「原子番号が小さい」「原子番号が大きい」という回答も一部正解です。ただし、具体的には「原子核の正電荷」や「電子配置」などの要素も重要であり、ただ単に「原子番号」という単語だけでは不十分です。解答を正確にするためには、これらの背景知識を理解し、より具体的に説明することが求められます。
例えば、酸素イオン（O²⁻）がナトリウムイオン（Na⁺）よりもイオン半径が大きい理由は、酸素イオンの電子数がナトリウムイオンよりも多いため、原子核の引力が弱くなるためです。ナトリウムイオンの方がイオン半径が小さくなる理由は、原子番号が小さく、電子数が少ないため、原子核の引力が強く作用するからです。
まとめ
イオン半径を理解するためには、単純に原子番号や電子配置を比較するだけでは不十分です。より深く、イオンが持つ電子配置と原子核の正電荷の関係を理解し、それに基づいて正確に比較することが重要です。問題の解法を通じて、イオン半径の比較方法をマスターし、化学の理解を深めましょう。
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